隧道暗埋段施工技术.doc

1、南京滨江大道暗埋段隧道施工技术1 工程概况1.1 设计概况南京滨江大道暗埋隧道，主体为箱形框架结构，长250m，宽29.5m；顶板、底板、侧墙厚度均为1000mm，C30S8钢筋砼；中隔墙厚800mm，C30钢筋砼。采用明挖顺作法施工，基坑深度6.78.7m，平均开挖深度7.45m。围护结构原设计采用SMW工法，SMW采用700mm双轴水泥土搅拌桩（水泥掺入量13%）“隔一插一”插入5003001115H型钢。泵房采用明挖顺作法施工，围护结构为钻孔灌注桩+水泥土搅拌桩，泵房处宽20m，开挖深度12m。基坑内采用水泥土搅拌桩进行地基加固，基底下3m范围内水泥掺量13%，基坑内水泥掺量为7%。隧道

2、顶板、侧墙防水等级为一级，其余为二级。N1N5段由于2003年下半年钢材价格飞涨，型钢短缺，加上工期紧张等条件限制，综合考虑选定钻孔桩与单轴水泥土搅拌桩咬合作基坑支护方案。钻孔灌注桩桩径800mm，间距1000mm，其间采用700单轴水泥土搅拌桩（水泥掺入量15%）咬合，咬合200mm，C25混凝土。见图1。图1 基坑平面图基坑在垂直方向设置三道钢支撑，垂直方向间距3m、水平间距4m。主体结构与围护结构间距1m，主体结构侧墙浇至第二道支撑下时，需进行换撑，换撑后，同时拆除第二道和第一道支撑，浇筑顶板混凝土,见图2。1.2 工程地质根据岩土工程勘察报告，基坑开挖范围内的土层有-1杂填土、-2淤泥

3、-淤泥质填土、-3素填土、-1亚粘土、-2淤泥质亚粘土。其中基坑及钻孔桩所处位置大部分在-2淤泥质亚粘土层中，该土层含水量高，透水性较弱，渗透系数垂直方向27.610-6cm/s，水平方向12510-6cm/s；具有高压缩性、高灵敏性、低强度、易变形等特征，且厚度较大，基坑开挖时，极易产生侧向变形而导致开挖面失稳。图2 基坑围护结构及支撑断面图2 施工总体方案根据设计情况及结合施工现场具体情况，总的施工方案按照 “先深后浅、由低到高的”的原则进行施工，基坑开挖顺序为S1S2N2、S3N1（泵房）S4、N3S5、N4N5形成两个工作面，向两端进行施工。总体施工安排流程图见图3。3 主要施工技术措

4、施3.1 地基加固深层搅拌桩机进场前，必须完成两侧施工便道的修筑，同时清理加固范围内的地下障碍物和地表树木、电杆等构筑物。开挖导沟，导沟深1.52.0m，深层搅拌桩机加固时严格控制钻孔深度，采用32.5级新鲜普通硅酸盐水泥，同时根据水泥掺入量13%和7%的不同要求，基底下3.0m范围内采用“四搅两喷”工艺，基底上范围内采用“两搅一喷”，钻机提升速度0.6m/min，下沉速度0.8m/min，提升时喷浆，水灰比0.87。其施工工艺流程图见图4。施 工 围 挡施工用水接入修建施工便道、临时房屋施工用电接入降水井施工及降水土方开挖及钢支撑安装立柱桩施工基坑内、基底加固围护结构施工垫层混凝土浇筑底板钢

5、筋绑扎、混凝土浇筑拆除第三道钢支撑侧墙钢筋绑扎、混凝土浇筑拆除第一道钢支撑、水平换撑、拆除第二道钢支撑中隔墙钢筋绑扎、混凝土浇筑顶板钢筋绑扎、混凝土浇筑防水层施工土方回填，拆除换撑后的第二道钢支撑竣 工 验 收图3 总体施工流程图图4 深层搅拌桩施工工艺流程图3.2 围护结构施工3.2.1 SMW工法SMW工法用于本工程的深层搅拌机有两种规格，一种为国产SMW90走管式桩机,另一种为SBJ-型深层搅拌机，在施工时针对不同的深层搅拌机采取了两种不同的施工方案，见图5。(1).方案一，采用间隔施工水泥土搅拌桩，间隔进行水泥土搅拌桩咬合,在咬合桩中插入H型钢。使用国产SMW90走管式桩机，水泥土搅拌

6、桩采用“四搅两喷”工艺，水泥掺量不小于18%。(2).方案二，采用先施工外层水泥土搅拌桩形成止水帷幕，内层水泥土搅拌桩顺序咬合并同时与外层水泥土搅拌桩咬合，顺序插入H型钢。使用SBJ-型深层搅拌机，水泥土搅拌桩采用“四搅两喷”和“六搅三喷”工艺，水泥掺量不小于18%。图5 SMW工法施工方案图3.2.2 钻孔桩与水泥土搅拌桩咬合根据平面定位开挖导向沟，按设计规定布桩，单轴深层搅拌机先行施工，采用“四搅两喷”工艺成桩，下沉速度不大于0.5m/min，提升的速度应严格控制在0.8m/min。施工时采用新鲜32.5级的普通硅酸盐水泥，水泥掺入量不小于15%，严格控制浆液水灰比0.6，桩体垂直度偏差1

7、%。水泥土搅拌桩完成后，应在37天内及时进行钻孔桩咬合施工。在导沟内测放钻孔桩位置，并核对水泥土搅拌桩的平面位置，钻孔桩采用间隔成孔的方式，成孔后按照水下混凝土标准施工。桩平面位置50mm，桩身垂直度小于1%，孔底沉淤厚度30cm。钻孔桩与水泥土搅拌桩的咬合方式见下图6。图6 钻孔桩与水泥土搅拌桩咬合方式3.3 基坑降水基坑内降水要解决两个问题，其一是降低土的含水量，有利于土体的开挖和运输；其二提高地基土的抗剪强度，防止基坑底部隆起。本工程针对开挖范围内土层的特点，降水选用真空管井。由于粘性土的渗透性能很小，渗透系数只有10-710-9cm/s（0.010.0001m/d），基坑开挖前不小于2

8、0天进行降水疏干土体。同时为防止基底隆起，地下水需降到基坑开挖面以下3m，即提高开挖底板下3m的土体的抗剪强度。真空管井施工流程见图7。3.4 土方开挖土方开挖在地基加固、围护结构施工完成并达到设计强度后进行，采用“先中间后两侧、水平分层、纵向分段、抽槽后退式开挖”的方法，利用抽槽方式将中间大部分土方挖钻机就位钻 孔吊放井点管井管与孔壁间填砂砾滤料井管顶部与孔壁间填粘土密封井管内设置水泵安装真空泵并与井管连通开动真空泵与水泵试抽水测量观测井中地下水位变化井点管制作使用结束拔除井管测量放线、定位回填井底砂垫层洗 井正常抽水封堵井孔图7 真空管井施工工艺流程图除，预留护壁土体用长臂挖掘机或小型挖掘

9、机后退挖除，边开挖边及时安装钢支撑，纵向放坡坡度不小于1：3，横向放坡不小于1：1。开挖过程中注意降水井的保护，由于上部密封粘土的挖除，降水井成为自流深井，根据渗流情况及时将水抽出，必要时安设轻型井点辅助降水。土方开挖示意图见图8。基坑开挖过程中严禁超挖，基坑纵向放坡不得大于安全坡度（即不小于1：3），对暴露时间较长或可能受暴雨冲刷的纵坡采用喷射混凝土加钢筋（丝）网等坡面保护措施，严防纵向滑坡。图8 土方开挖示意图在基坑四周设挡水墙和排水沟，防止四周雨水进入坑内，挡水墙高度不低于30cm；基坑开挖后及时设置坑内排水沟和集水井，及时将基坑内明水抽排至地面排水沟。机械开挖的同时辅以人工配合，特别是

10、基底以上30cm的土层采用人工开挖，以减少超挖、保持坑底土体的原状结构。3.5 钢支撑安装钢支撑随着土方的开挖及时进行安装，并按设计要求进行施加预应力，各道支撑预应力表见表1、表2。表1 两道钢支撑设计轴力表（KN）支撑道数钢支撑设计轴力钢支撑预加轴力备注第一道支撑670340采用609（t=12）钢支撑第二道支撑1360950表2 三道钢支撑设计轴力表（KN）支撑道数钢支撑设计轴力钢支撑预加轴力备注第一道支撑520260采用609（t=12）钢支撑第二道支撑23001610第三道支撑22001540施工前需进行测量放线，根据钢支撑的位置确定纵梁及钢围檩的安装标高。首先进行支撑纵梁的安装，对称

11、进行钢围檩的安装，围檩安装时，需将型钢外包裹的土方清除，针对型钢和钻孔桩采用不同的方法安装钢牛腿，在型钢直接将钢牛腿焊接牢固，在钻孔桩需采用膨胀螺栓将钢板固定在钻孔桩上，在钢板上焊接钢牛腿。钢围檩后空隙处采用C20细石快凝混凝土进行充填密实。分段安装钢围檩时，其最短长度必须满足安装两根钢支撑，钢围檩接长时采用钢板将其连接成一整体。安装钢支撑长度31.5米，采用两台吊车拼装成两段起吊，在中间对接后由两台吊车抬放到位，经检验合格后即按设计要求施加预应力。采用2个100t千斤顶施加预应力，预应力分级施加，施加预应力值为设计预应力值加上10%的预应力损失值。钢支撑安装检验标准见表3。安装钢支撑时按设计

12、要求在垂直方向上保持一致。表3 钢支撑安装的检验标准序 号项 目允 许 偏 差备 注1同层钢支撑安装标高30mm2钢支撑水平高差20mm3钢支撑拼装轴线30mm4同一纵断面钢支撑平面误差50mm4 主体结构基坑开挖到底后即进行垫层混凝土的施工，封闭基底。进行主体结构施工，施工顺序见图9。施工步序一，开挖至基底后浇筑垫层、底板，达到设计强度后浇筑墙后回填素混凝土。施工步序二，拆除第三道钢支撑及围檩，浇筑测墙混凝土（混凝土高度高于第二道钢支撑0.5m），在第二道钢支撑处预留缺口。施工步序三，拆除第一道支撑，进行水平换撑（第二道钢支撑），设置临时支柱，浇筑中隔墙，换撑后的第二道钢支撑处预留孔洞。施工

13、步序四，采用满堂脚手架，整体浇筑上部侧墙和顶板。施工步序五，在冠梁与结构间浇筑混凝土短撑，拆除第二道钢支撑（换撑后），进行中隔墙钢支撑处孔洞封堵，涂刷防水涂料，墙后土方回填。4.1 底板施工基坑开挖到底后，经测量确定基底标高，立即进行垫层混凝土的浇筑，绑扎底板钢筋，纵向钢筋接头采用焊接方式，环向钢筋32主筋采用直螺纹套筒连接，其它钢筋采用焊接方式。检验合格后，安装模板，浇筑混凝土，采用一次浇筑、斜向分层的浇筑方式。混凝土强度达到设计值的30%时，即可进行墙后素混凝土的回填，回填混凝土强度达到设计值的70%时，拆除第三道钢支撑。4.2 侧墙施工绑扎侧墙钢筋，在钢支撑处预留，纵向钢筋采用接驳器接口

14、，混凝土浇筑到第二道钢支撑上0.30.5m，见图10。图9 主体结构施工步序示意图图10 侧墙混凝土预留缺口示意图混凝土浇注采用水平分层方式，即把墙从高度方向分成若干层，分层浇筑砼，砼层厚为3050cm，高差不要大于0.5m，相邻两层浇注时间间隔不得超过砼的初凝时间。浇注时严格控制泵送混凝土自由下落高度，可在下部设木板缓冲混凝土，防止模板发生偏位。4.3 水平换撑侧墙混凝土强度达到设计值的70%时，在第二道围檩与侧墙间安装短支撑，短支撑的位置与水平换撑后的钢支撑位置在同一轴线上。在中隔墙外侧安装临时支墩支撑换撑后的钢支撑，拆除第一道钢支撑，进行水平换撑，水平换撑时设临时支柱，施加预应力后拆除第

15、二道钢支撑，见图11。图11 水平换撑示意4.4 中隔墙施工水平换撑完成后，进行中隔墙钢筋绑扎，在钢支撑穿过处预留孔洞，浇筑中隔墙混凝土至顶板下，预埋顶板斜向钢筋。孔洞大小尺寸为1.2m1.2m，以方便拆除钢支撑为宜。中隔墙混凝土浇筑施工要求同侧墙。4.5 顶板施工搭设满堂脚手架，安装上部侧墙、中隔墙倒角模板和顶部模板，预压后进行钢筋绑扎。为确保脚手架安排，在顶板受力最大处设置三根支撑柱，支撑柱可采用型钢或30mm30mm间距脚手架组合而成。脚手架方案需经认真的计算和审批后方能实施。顶板混凝土一次浇注完成，浇筑时采用两台混凝土输送泵，先对称浇注两侧墙，浇至顶板底标高时，由中隔墙位置向两侧浇注顶

16、板混凝土，见图12。顶板混凝土浇注采用水平分层方式，在下一层混凝土有一定强度后才能浇筑上层混凝土，施工中严格控制浇筑速度。图12 顶板混凝土浇注顺序图5 泵房施工泵房开挖与主体结构开挖同时进行，在开挖至主体结构底板时，施作主体结构。利用主体结构安装钢支撑，进行泵房下部土方开挖。泵房土方采用长臂挖掘机开挖，小型挖掘机配合。开挖到设计标高后，自下而上分别施作垫层、底板、上部结构及上部结构，混凝土浇注施工要求同主体结构。6 结构防水施工本隧道顶板、侧墙防水等级为一级防水，其余部分为二级防水。以混凝土结构自防水为主，附加防水层为辅，隧道结构采用防水混凝土，混凝土中添加优质磨细粉煤灰（一般少于水泥用量的

17、20%，粉煤灰应达到或超过二级低钙粉煤灰标准）,采用低热或中热水泥，并掺加膨胀防水剂、减水剂等。为减少砼初期开裂，限制水泥用量，控制水胶比（水：水泥掺和料）不大于0.45。砼初凝后12h内保湿保温养护，混凝士中心温度与表面温度的差值不应大于25，养护时间不少于14d。纵向水平施工缝除应采取一般接浆措施外，采用3mm厚止水钢板设置于缝中央的办法起有效止水作用。止水钢片镀锌处理，涂膜厚度为50um。变形缝预设中埋式钢边橡胶止水带、外贴式止水带。中埋式止水带固定于专门的钢筋夹上。变形缝内两端以低模量双组份聚硫密封膏嵌填。施工时加强变形缝处的模板固定，不得有跑模、移位现象，在此基础上使砼振捣密实（尤其

18、在止水带底部）。7 信息化施工河海大学岩土工程研究所负责本项目的施工监测，主要监测项目见表4。表4 基坑主要监测项目表序号监测项目监测目的备注1围护结构深层水平位移了解随着基坑开挖的加深，基坑两侧不同深度土体水平位移情况。2围护结构表面水平位移了解随着基坑开挖的加深，围护结构表面水平位移的变化情况。3支护结构沉降了解在基坑开挖过程中，支护结构的沉降变化情况。4坑周地表沉降了解随着基坑开挖的加深，支护结构外侧土体表面的沉降情况。5内支撑轴力了解在基坑开挖过程中，随着开挖深度的增加，内支撑轴力的变化情况。6支护结构界面上侧向土压力了解在基坑开挖过程中，支护结构所受其外侧土体 施加的土压力的变化情况

19、。7现场巡视目测加强在基坑开挖过程中现场巡视工作，观察是否有渗水、漏水、流砂和塌方等现象。对基坑开挖过程中发生的异常现象及时分析处理，保证基坑开挖的安全。8钻孔灌注桩钢筋应力了解在基坑开挖过程中桩体钢筋受力变化情况。7.1 围护结构深层水平位移基坑开挖随着深度的增加，各测斜孔水平位移值也随之增大。截止各测斜孔测试结束，围护结构深层水平位移S区段（采用SMW工法围护结构地段）均已超过最大位移报警值，测斜孔最大值为137.202mm，最小值82.281mm ；N区段（钻孔桩与单轴水泥土搅拌桩咬合作围护结构地段）个别点超过最大位移报警值。经分析，测斜孔最大位移值大多数位于地表以下1m2m范围内，在进

20、行第二道支撑水平换撑、拆除第一道钢支撑后发出，在SMW工法围护结构地段，最大位移在较短时间内即完成，钻孔桩与单轴水泥土搅拌桩咬合作围护结构地段最大位移则时间相对较长。以9#测斜孔（S1东侧）为例，监测数据见图13、图14。图13 9#测斜孔位移变化图图14 9测斜孔水平位移最大值变化过程7.2 围护结构表面水平位移各区段支护结构表面水平位移如图15和图16所示。图15 S1S5区段支护结构表面水平位移变化时程图图16 N1N5区段支护结构表面水平位移变化时程图围护结构表面水平位移，从S各区段（采用SMW工法围护结构地段）水平位移变化时程图中可以看出，换撑前，最大累计总位移值为26mm，超过了警

21、戒值。在进行水平换撑和拆除第一道钢支撑后，监测点 (S3段西侧)和 21号监测点 (S3段东侧)位移速率特别大，该段时间内这两点分别发生了20mm和16mm的位移，位移速率分别达到了6.7mm/天和5.3mm/天。与S区段相比，N各区段（钻孔桩与单轴水泥土搅拌桩咬合作围护结构地段）位移情况比较好，没有出现位移值突然增大的情况，但是从曲线变化趋势来看，10和11监测点位移增大的趋势较明显。截止监测结束，围护结构表面水平位移，2号观测点（S4段西侧）位移68mm、3号观测点（S3段西侧）位移62mm较大，6号观测点（泵房南侧）位移9mm、8号观测点（泵房北侧）位移9mm较小，基它测点位于其间，均超

22、过报警值。7.3 围护结构沉降和坑周地表沉降围护结构沉降观测和坑周地表沉降观测，从统计表中可以看出这两个沉降值都不大，截止监测结束，围护结构沉降值最大为7mm，分别发生在2号监测点 (S2段西侧)和22号监测点(S4东侧)，坑周地表沉降值最大为11mm，发生在2号监测点 (S4段西侧)。7.4 围护结构界面上侧向土压力从监测数据中可以看出，除个别点出现在某一日土压力增加较大或明显减小外，大多数土压力盒数值变化较平缓。7.5 内支撑轴力内支撑轴力变化时程如图17所示。图17 内支撑轴力变化时程图从监测支撑轴力数据中可以看到，在S1段和N2段进行水平换撑及拆除第一道钢支撑时，N1段第一道支撑轴力分

23、别为167KN和172KN，都接近设计值的90左右，超过报警值，同时其它相邻区段第一道钢支撑，如 S4段第一道轴力分别为277KN和229KN，N4段第一道支撑轴力为292KN,已远远超过设计值。一般说来，增加支撑或者拆除支撑时墙体上所受的土压力要在其余支撑上进行应力调整，这个时段支撑轴力变化较大，要高度引起重视，防止支撑应轴力过大而失稳破坏。8 主要解决的施工技术难题8.1 国产双轴深层搅拌机在淤泥中亚粘土进行SMW工法施工如前所述利用国产双轴深层搅拌机在淤泥中亚粘土进行SMW工法，两种施工方案均可行。基坑开挖后基本上无渗漏水，均取得了成功，积累了SMW工法采用国产双轴深层搅拌机的施工经验。

24、8.2 钻孔灌注桩+单轴深层搅拌桩咬合作围护结构由于国内钢材市场不断上涨，在基坑S区段完成SMW工法后，项目部已无法提供更多的H型钢，同时市场上H型钢随钢材市场上涨租金很高。针对此情况，项目部在对N区段围护结构施工时进行了变更。经技术经济分析后，结合实际情况，大胆并且果断地采用钻孔灌注桩+单轴深层搅拌桩咬合作围护结构，并且很快取得了建设单位、监理单位及设计单位的同意，解决了围护结构的施工难题，及时缓解了本工程的工期压力。基坑开挖后，围护结构止水效果良好，为在淤泥质亚粘土施工围护结构提供了一种新的施工方法。8.3 31.5米宽深基坑钢支撑的安装及换撑施工本工程基坑开挖宽度31.5m，开挖时自上而

25、下安装钢支撑。由于设计原因，第二道钢支撑必须进行换撑，在其下部侧墙及中隔墙混凝土浇筑完成后，进行上、下换撑。由于此方法工序多，而且换撑时须将钢围檩下移，同时造成换撑后上部悬臂长度较大，不利于基坑上部稳定。项目部对此进行了认真分析，提出了由上、下换撑改为水平换撑。底板施工完成后，进行侧墙施工，将钢支撑处预留，在达到设计要求后，即进行第二道支撑的换撑工作。先拆除第一道钢支撑及纵梁，确定第二道撑的换撑位置后，将型钢短撑安装完成，要求短撑在围檩与侧墙间尽可能撑紧，进行换撑，原第二道钢支撑在换撑全部后方可逐根拆除。换撑后的第二道钢支撑中部采用临时支柱，及时施工中隔墙（预留孔洞），将中隔墙一次浇筑完成。换

26、撑工作完成，结构内钢支撑采用小型机械等取出即可。方案调整后的几个特点：(1).充分利用了原第二道钢支撑围檩，不再需要进行围檩的安装。同时利用了原第二道纵梁，换撑速度快，节约一定的人力及物力。(2).将结构两侧墙通过钢支撑直接进行支撑，并通过短撑将力传至围檩上，较原设计避免了一次钢支撑预加力工序，对结构安全有利。并可将中隔墙一次浇筑到位，将29.5m顶板跨度减小至14.75m，对顶板支架、模板设计及安全极为有利。9 结论(1).国产双轴搅拌机施作SMW工法和在搅拌桩+钻孔桩与水泥土搅拌桩咬合作围护结构在淤泥质亚粘土中均是可行的，而且后者在南京九华山隧道湖中段也得到应用，在一定条件下，经济效益明显

27、，成本降低。(2).钢支撑在进行换撑时，采用水平换撑是可行的，也得到了设计院的认可，水平换撑在南京滨江大道的成功应用，为今后处理此类换撑提供了经验。(3).监测结果显示，SMW工法围护结构在进行换撑时较钻孔桩围护结构在换撑过程中，围护结构深层水平位移、表面水平位移、对邻近钢支撑轴力的影响前者较后者大，但基坑是安全的。(4). 31.5米宽深基坑钢支撑的安装及换撑施工，使得主体结构能够较合理的进行施作，结构施工质量优良，基本上未出现较大渗漏水点，而且施作过程中更加安全，成本降低。(5). 基坑内土体采用7%水泥土搅拌桩加固后，可进行抽槽式开挖，快速将中间部分土方挖除，有快速进行钢支撑安装创造了条件，有利于基坑稳定。同时开挖边坡控制在1：3，是稳定的，没有出现土体滑移造成立柱桩倾斜的情况。(6).建议基坑开挖在条件具备时，应尽可能的将泵房先行完成，特别是在雨季施工时，以便于基坑集水的排放。- 17 -